Осевые турбомашины

Осевой компрессор, назначение, типы. Состав. Газовая динамика

Осевого компрессора

Осевой компрессор представляет собой лопаточную машину, в которой механическая работа преобразуется в потенциальную энергию сжатого газа с помощью вращающегося ротора, снабженного лопатками.

Лопатки – аэродинамические профили, равномерно расположенные на вращающихся или неподвижных ободах (венцах). Распределение скоростей лопатки при работе представлено на рис. 12.

Рис. 12. Распределение скоростей лопатки при работе

ω – угловая скорость или частота вращения (об/мин);

С – окружная линейная скорость (м/сек.)

Конструкция лопатки

Лопатка состоит из профильной части, которая обтекается потоком воздуха или газов (рис. 13) и замковой части, с помощью которой она крепится к ротору.

Рис. 13. Рекомендуемый угол обтекания лопатки

По высоте перо лопатки имеет геометрическую закрутку в соответствии с законом изменения скоростей: чем дальше от центра вращения, тем больше линейная скорость при одной и той же угловой частоте вращения ротора.

Условием эффективной работы лопаток является режим безотрывного обтекания их профиля набегающим потоком воздуха. Максимальная эффективность достигается при направлении потока воздуха по касательной к профилю лопатки – на номинальном режиме работы двигателя, который является расчетным режимом работы двигателя.

Безотрывное обтекание обеспечивается в узком диапазоне угол обтекания 10⁰-15⁰, за пределами которого начинается срыв потока с профиля лопаток, вызывающий помпажные явления.

Помпаж: нерасчетный режим работы, вызванный срывом потока воздуха с профиля лопаток и возникновением вихреобразных процессов, «запирающих» проточную часть компрессора. Внешние проявления помпажа:

– нехарактерный гул;

– повышенная вибрация;

– хлопки, удары;

– обратный выброс воздуха на вход и т. п.

Помпаж характеризуется нерасчетными знакопеременными нагрузками на все узлы и детали компрессора вплоть до их разрушения.

К лопаткам предъявляются самые жесткие требования по аэродинамическим качествам, механической прочности и высокой точности изготовления.

Способы крепления лопаток (типы замковой части).

Осевой компрессор:

– замок типа «ласточкин хвост»;

– замок зубчикового типа;

– т-образные.

Турбина:

– замки елочного типа.

По сравнению с компрессорными, лопатки турбины толще, массивнее, имеют большие радиусы скругления, что объясняется тяжелыми высокотемпературными условиями их работы.